29 Mai 2019

[Quézako?] Attention, trafic d'impulsions radar en or !

En 2021, un satellite révolutionnaire observera en 3D la ressource la plus précieuse de notre Terre : l’eau. Au coeur de ce satellite, un sous-système électronique qui aiguille à ultra-haute fréquence des impulsions radars.

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Zoom sur le duplexer du RFU de l'instrument KaRIn (satellite SWOT). Crédits : CNES/Thales Alenia Space/L. Barranco, 2019.

Les masses d'eau en 3D

Imaginez plus de 26 000 trains qui rentrent et sortent par sec dans une gare auxquels s’ajouteraient chaque sec près de 18 000 navettes ferroviaires internes à la gare. Eh bien, c’est à cette fréquence que l'élément ci-dessus, appartenant à l’instrument KaRIn du satellite franco-américain SWOT, va devoir gérer des signaux radioélectriques entrant et sortant. 

Ces signaux radioélectriques constitueront les impulsions radar émises vers la Terre sur 2 bandes au sol larges de 60 km par 2 antennes situées aux extrémités d’un mât de 10 m de long. Ces 2 antennes capteront également les échos envoyés en retour par la surface du sol. Leur analyse permettra de déterminer la hauteur des masses d’eau frappées par les impulsions radar. Pour la 1ere fois, la hauteur des fleuves et grands lacs sera mesurée depuis l'espace sur des surfaces, et non pas en un point unique comme c’est le cas avec l’altimétrie conventionnelle par satellite. Les masses d’eau de nos continents seront connues en 3D. Les tourbillons des océans seront visibles. Des volumes, des débits pourront en être déduits. Des informations en or !

Animation montrant la collecte de données sur l'État de Floride aux États-Unis. Crédits : NASA/JPL.

L’élément en photo fait partie du sous-système RFU (pour Radio-Frequency Unit) de KaRIn. C’est lui qui génère et dirige vers les antennes les impulsions radars qui durent 6.5 µs. C’est lui qui reçoit les échos de ces impulsions radars captés par les antennes et les achemine au « cerveau » de l’instrument. 

« Au sein du RFU, le duplexer est une sorte de gare de triage, c’est lui qui sélectionne notamment à quelle antenne envoyer une impulsion radar. Son rôle est essentiel : 44 000 impulsions émises ou reçues, en incluant les impulsions internes de calibration de l’équipement, à gérer chaque seconde et aucune ne doit se perdre ! » explique Pierre Sengenes, chef adjoint du projet SWOT au CNES.  « Cette électronique est d’une complexité jamais réalisée dans le domaine de la bande Ka. » Il faut aussi aller vite, très vite, car pendant ce temps, le satellite défile en orbite à près de 8 km/s ! 

Actuellement en test jusqu’à fin juin 2019 chez Thales Alenia Space à Toulouse, le RFU — sous responsabilité du CNES — partira en juillet 2019 pour le Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Californie. Il sera assemblé par les ingénieurs de la NASA avec les autres sous-systèmes de l’instrument KaRIn pour une 1ere campagne de test de 10 mois. Les autres instruments de la charge utile (notamment l’altimètre nadir et l’instrument Doris, tous 2 sous responsabilité CNES) seront intégrés aux USA durant l’automne 2019. Retour ensuite en France à l’automne 2020, chez Thales Alenia Space à Cannes, pour être monté sur la plateforme du satellite, puis retour aux États-Unis pour un lancement prévu en septembre 2021. 

Représentation d’artiste de SWOT en orbite à 981 km d’altitude. Les 2 antennes envoient alternativement des impulsions radars vers la Terre. L’analyse des échos permet de déterminer la hauteur des masses d’eau survolées sur 2 bandes au sol larges de 60 km. Crédits : CNES.

 

La « gare de triage » (le duplexer) du sous-système RFU de l'instrument KaRIn. Crédits : CNES/Thales Alenia Space/L. Barranco, 2019.

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